Ένα ηλεκτρικό αυτοκίνητο βασίζεται επί του παρόντος σε μια πολύπλοκη αλληλεπίδραση τόσο των μπαταριών όσο και των υπερσυμπιεστών για να παρέχει την ενέργεια που χρειάζεται για να πάει σε μέρη. Αλλά οι χημικοί αναπτύσσουν ένα νέο υλικό που θα μπορούσε να το αλλάξει.

"Το υλικό μας συνδυάζει το καλύτερο και των δύο κόσμων - την ικανότητα αποθήκευσης μεγάλων ποσοτήτων ηλεκτρικής ενέργειας ή φόρτισης, όπως μια μπαταρία, και την ικανότητα γρήγορης φόρτισης και εκφόρτισης, όπως ένας υπερπυκνωτής", λέει ο William Dichtel, καθηγητής χημείας στο Northwestern University που μελετά ομοιοπολικά οργανικά πλαίσια (COF).

Ο Dichtel και η ερευνητική του ομάδα έχουν συνδυάσει ένα COF-ένα ισχυρό, σκληρό πολυμερές με μια αφθονία μικροσκοπικών πόρων κατάλληλων για αποθήκευση ενέργειας-με ένα πολύ αγώγιμο υλικό για τη δημιουργία του πρώτου τροποποιημένου οξειδοαναγωγικού COF που κλείνει το χάσμα με άλλους παλαιότερους πορώδεις άνθρακες. βασισμένα ηλεκτρόδια.

"Τα COF είναι όμορφες κατασκευές με πολλές υποσχέσεις, αλλά η αγωγιμότητά τους είναι περιορισμένη", λέει ο Dichtel. «Αυτό είναι το πρόβλημα που αντιμετωπίζουμε εδώ. Τροποποιώντας τα - προσθέτοντας το χαρακτηριστικό που τους λείπει - μπορούμε να αρχίσουμε να χρησιμοποιούμε τα COF με πρακτικό τρόπο ».

Και τα τροποποιημένα COF είναι εμπορικά ελκυστικά: τα COF είναι κατασκευασμένα από φθηνά, άμεσα διαθέσιμα υλικά, ενώ τα υλικά με βάση τον άνθρακα είναι ακριβά για επεξεργασία και μαζική παραγωγή.

Ένα έγγραφο του Dichtel και coauthors από το Northwestern και το Cornell University εμφανίζεται στο περιοδικό Κεντρική Επιστήμη ACS.

Για να αποδείξουν τις δυνατότητες του νέου υλικού, οι ερευνητές κατασκεύασαν μια πρωτότυπη συσκευή μπαταρίας σε σχήμα νομίσματος ικανή να τροφοδοτήσει μια δίοδο εκπομπής φωτός για 30 δευτερόλεπτα.

Το υλικό έχει εξαιρετική σταθερότητα, ικανό για 10,000 κύκλους φόρτισης/εκφόρτισης, αναφέρουν οι ερευνητές. Πραγματοποίησαν επίσης εκτεταμένα πρόσθετα πειράματα για να καταλάβουν πώς το COF και το αγώγιμο πολυμερές, που ονομάζεται PEDOT, συνεργάζονται για την αποθήκευση ηλεκτρικής ενέργειας.

Ο Dichtel και η ομάδα του έφτιαξαν το υλικό σε μια επιφάνεια ηλεκτροδίων. Δύο οργανικά μόρια αυτοσυγκεντρώθηκαν και συμπυκνώθηκαν σε ένα πλέγμα που μοιάζει με κηρήθρα, το ένα 2D στρώμα στοιβάζεται το ένα πάνω στο άλλο. Στις οπές ή τους πόρους του πλέγματος, οι ερευνητές κατέθεσαν το αγώγιμο πολυμερές.

Κάθε πόρος έχει πλάτος μόλις 2.3 νανόμετρα, αλλά το COF είναι γεμάτο από αυτούς τους χρήσιμους πόρους, δημιουργώντας μεγάλη επιφάνεια σε πολύ μικρό χώρο. Μια μικρή ποσότητα από τη χνουδωτή σκόνη COF, αρκεί για να γεμίσει ένα ποτήρι και ζυγίζει το ίδιο με το χαρτονόμισμα ενός δολαρίου, έχει την επιφάνεια μιας Ολυμπιακής πισίνας.

Το τροποποιημένο COF έδειξε μια δραματική βελτίωση στην ικανότητά του να αποθηκεύει ενέργεια και να φορτίζει και να αποφορτίζει γρήγορα τη συσκευή. Το υλικό μπορεί να αποθηκεύσει περίπου 10 φορές περισσότερη ηλεκτρική ενέργεια από το μη τροποποιημένο COF και μπορεί να πάρει το ηλεκτρικό φορτίο μέσα και έξω από τη συσκευή 10 έως 15 φορές γρηγορότερα.

"Prettyταν πολύ εκπληκτικό να βλέπω αυτή την απόδοση να κερδίζει", λέει ο Dichtel. «Αυτή η έρευνα θα μας καθοδηγήσει καθώς ερευνούμε άλλα τροποποιημένα COF και εργαζόμαστε για να βρούμε τα καλύτερα υλικά για τη δημιουργία νέων συσκευών αποθήκευσης ηλεκτρικής ενέργειας».

Το Εθνικό Scienceδρυμα Επιστημών, το Foundationδρυμα Camille και Henry Dreyfus και το Γραφείο Έρευνας του Στρατού των ΗΠΑ υποστήριξαν την έρευνα.

πηγή: Northwestern University

Σχετικά βιβλία

at InnerSelf Market και Amazon